[发明专利]具有催化性能的成型体作为反应器内件的用途

说明书

本发明涉及具有催化性能的成型体在非均相催化化学反应中作为反应器内件的用途。

背景技术

在现代化学工业中非均相催化起着核心作用。非均相催化剂经常包含金属和/或金属氧化物，它们的表面与待催化反应的反应物相互作用。除了该相互作用的性质外，将反应物转移至表面的活性位点以及将产物从表面除去也起着关键作用。此外，必须尽可能快地除去反应释放的热或者引入反应所需的热。

催化剂的物理形式

由于广泛的各种非均相催化反应以及有时非常困难的反应条件，对非均相催化剂建立了各种物理形式，以确保最佳传质和各个反应的热量输送。在床中，催化剂以无序排列存在于反应器中，而在填料中，其以排列和有序方式安装在反应器中。作为床引入反应器中的颗粒、挤出物、粒料、环或碎材料的催化剂使用形式是最广泛的。这类成型体可填充整个反应器空间或借助间隔以各种段排列在反应器内。在反应器入口或在反应器的其他位置可配有额外的混合装置、换热器或其他内件。为了优化所需产物的产率，可沿着流动方向使用各种催化剂床(如不同的物理形式、活性组分量不同的催化剂或具有不同掺杂剂的催化剂)。然而，催化剂的这种使用方式的缺点在于所述床经常在反应器中导致高的压降。此外，可易于发生具有停滞的气体和/或液体移动的通道或区域的形成，从而使催化剂仅非常不均匀地暴露于反应物。此外，例如在管壳式反应器或具有大量管的盐浴反应器的情况下，在更换催化剂时所需的成型体除去和安装可变得非常复杂。

为了降低压降，描述了用于防止催化剂在反应器中过高密集填充的反应器内件。WO 03/047747描述了由金属制成的多通道填料，其中将具有不同几何形状表面区域的填料层交替装配并在它们之间引入催化剂。选择填料层，以使催化剂仅可滴入具有低比表面积的填料通道中，该通道已知为催化剂通道。由于几何形状的原因，催化剂不可滴入具有高比表面积的层中。该体系尤其用于反应性蒸馏。其缺点在于，由于增加的填料孔隙率，需要较大的反应器体积并且内件赋予大的金属表面积。需要额外的填料形式的金属，导致材料成本增加。此外，可发生腐蚀并且金属离子可溶解。

由于尺寸小而不能用作成型体床的催化剂经常可通过装入渗透性容器，如织物网袋中而使用。该网袋包括金属网(如K，购自Sulzer AG，CH-8404 Winterthur，参见J.P.Stringaro等，Chemical Plantsand Processing 1992年7月，第6-10页)并用作反应性蒸馏的催化活性内件。其他设计由Montz和CDTech提供并且根据类似的原理起作用(如“bales”，来自美国Houston，CDTech)。使用这些填料的缺点在于在其中催化剂由气体/液体混合物围绕的工艺中，必须精确地遵守合适的液体滴流密度，这在实际操作中证明是有困难的。当液体流动太快时，这导致溢出催化剂袋，当液体流动太慢时，导致催化剂“干燥”。

对于具体应用，催化剂也以具有连续通道的单块、蜂窝或肋片结构的形式使用，例如如DE-A-270900所述。单块赋予非常低的压降，同时损害横向混合。这在实际操作中可导致浓度、温度和流动速率的不均匀分布以及不令人满意的径向热分布。催化剂(负载)间隔物料与反应器体积的低比例通常是不利的。尽管存在所述缺点，由于没有更好的用于机动车的替换形式，单块的物理形式已经用于废气催化剂中。

因此，需要具有催化性能的成型体，其可用作反应器内件且对于各反应条件具有优化的几何形状。可能的话，它们应允许高的横向混合，即反应器中的浓度和温度相同，并且仅具有微弱的返混和足够高的传质和热输送并仅导致非常小的压降并且输送或引入可能发生的任何正反应热或负反应热。

制备方法“快速成型(rapid prototyping)”

本领域技术人员已知用于成型组件的所谓“快速成型(RP)”的制备方法，借助该方法，在事实上没有人工操作程序或模具的情况下，借助可获得的CAD数据可直接且快速地制备甚至任何复杂工件。快速成型的原理基于利用物理和/或化学作用的组件的层状构造。此处建立了许多方法，如选择性激光烧结(SLS)或立体平板印刷术(SLA)。方法本身的区别在于借助其构造层的材料(聚合物、树脂、纸页、粉末等)，和借助其使这些材料结合的方法(激光、加热、粘合剂或粘合剂体系等)。该方法描述于许多出版物中。

一种快速成型方法描述于EP-A0431 924中且包括由粉末和粘合剂层状构建三维组件。在结束时除去未粘合的粉末并留下具有所需几何形体的工件。